Bazı araştırmacılar 4 uyku evresi olduğunu söylerken bazıları 5 evre olduğuna inanır. Hangisi doğru olursa olsun tüm evreler boyunca rüya görülür. REM uykusu (Hızlı Göz Hareketi) son aşamadır ve rüyalar açısından en aktif olanıdır. REM uykusu sırasında, beynin düşünce bastırma için gerekli olan bölümleri, örneğin dikkat, kontrol ve çalışma belleği ile ilgili olanlar devre dışı bırakılır. Neden rüya görülür sorusunun cevabı halen tartışılmaktadır. Bazı uzmanlar bunun REM sırasında limbik sistemin uyarılmasından kaynaklandığına inanırken, bazıları da rüyaların kişileri onlar için tehdit oluşturabilecek gerçek yaşam durumlarına hazırlamayı amaçladığına inanmaktadır. Limbik sistem, anıların ve duyguların işlendiği yerdir ve özellikle rüya görüldüğünde aktiftir. Bu sistem aşağıdakilerden oluşmaktadır:
Amigdala: Beynin bu kısmı, duyular devreye girdiğinde uygun şekilde tepki verilmesine yardımcı olur. Örneğin, güzel bir şeyin tadına bakılırsa rahatlık ve mutluluk hissedilir.
Hipokampus: Uzun süreli bellekten sorumludur.
Singulat girus: Bu, dokunmaya yanıt olarak iskelet kası hareketini kontrol eder.

İlginç bir çalışma, sol beynin rüyaların ortaya çıktığı yer gibi göründüğünü ortaya çıkarmıştır. Sağ beyin tüm tuhaf ve harika detayları sağlar. Uyku bilimcileri rüyalarda acı ve duygu hissedilebileceğini kanıtlamışlardır. Bunlar fiziksel olarak taşabilir ve hatta kişiyi uyandırabilir.